除尘系统

VT / R w －角速度
–内外涡旋的界面上气流切向速度最大
–交界圆柱面直径 d0= ( 0.6～1.0 ) de , de 为排气管直径
39
三、旋风除尘器
• B、径向速度
–假定外涡旋气流均匀地经过交界圆柱面进入内涡旋
–平均径向速度
Q Vr 2πr0h0
r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度，m
• 代入得：
2
dc 2.633 p g
6
一、重力沉降
• 工业粉尘粒径大致为1—100μm，粒径小于5μm的尘粒实际 沉降速度要比Stocks定律预示的大，需修正。故dp≤5μm 的尘粒：us=c·us·Stocks
• c为修正系数，在空气中温度为20℃，压强为1atm时，
28
旋风除尘器
29
旋风除尘器
30
旋风除尘器
31
• 切流式旋风除尘器结构如图6-13所示， • 分为蜗壳进口旋风除尘器 [见图 6-13(a)] • 螺旋面进口旋风除尘器 [见图 6-13(b)] • 狭缝进口旋风除尘器 [见图 6-13(c)] • 狭缝进 口旋风除尘器按二次风引人方式分为切流式 [见图
旋转气流在锥体底部转 而向上沿轴心旋转：内涡 旋
气流运动包括切向、轴 向和径向：切向速度、轴 向速度和径向速度
36
1.旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）
到达外壁的尘粒在气流 和重力共同作用下沿壁面 落入灰斗
切向速度决定气流质点 离心力大小，颗粒在离心 力作用下逐渐移向外壁
上涡旋－气流从除尘器 顶部向下高速旋转时，一 部分气流带着细小的尘粒 沿筒壁旋转向上，到达顶 部后，再沿排出管外壁旋 转向下，最后从排出管排 出
• 气流在沉降室内的停留时间
t

L/
v0

LWH Q
• 在t时间内粒子的沉降距离
hc

us
t

us L v0

us LWH Q
v0
us
• 该粒子的除尘效率
i

hc H

us L v0 H

us LW Q
(hc H )
i 1.0
(hc H )
9
1.层流式重力沉降室
• 对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ?
26
三、旋风除尘器
• 旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘 粒从气流中分离的装置 。
• 用来分离粒径大于5—10μm以上的的颗粒物。 工业上已有100多年的历史。
• 特点：结构简单、占地面积小，投资低，操作 维修方便，压力损失较大，动力消耗也较大， 可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐 蚀性气体，并可回收干颗粒物。
图 6-13(h) • 轴流二次风 [见图 6-13(i)].
32
三、旋风除尘器
33
旋风除尘图
气流动图
胖子型图
实物图
并行图
34
三、旋风除尘器
35
三、旋风除尘器
• 1.旋风除尘器内气流与尘粒的运动
普通旋风除尘器是由进气管、 筒体、锥体和排气管等组成
气流沿外壁由上向下旋 转运动：外涡旋
少量气体沿径向运动到 中心区域
37
• 旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布
38
三、旋风除尘器
• A、切向速度
–根据“涡旋定律” ，外涡旋的切向速度反比于旋转半
径R的n次方 VTRn const.
–此处n 1，称为涡流指数
n

1

1

Biblioteka Baidu0.67

D
0.14


T 283
0.3

–内涡旋的切向速度正比于半径
第六章 除尘装置
• 教学内容: 1. 机械除尘器 2. 电除尘器 3. 湿式除尘器 4. 过滤式除尘器 5. 除尘器的选择与发展
1
第六章 除尘装置
• 1.教学要求： • 要求了解除尘器的类型，包括各种干式和湿式除尘器，
理解和掌握电除尘器、过滤式除尘器设计等。 • 2. 教学重点 • 掌握机械除尘器作原理、结构与设计；电除尘器的工
V0
• 2).沉降速度(按要求沉降的最小颗粒)
• 3). 沉降室尺寸
20
（2）沉降室尺寸
•
先按
us

d
2 p

p
g
18
算出捕集尘粒的沉降速度us，
• 假设沉降室内的气流速度V0和沉降室高度H（或宽度W）， 而后求沉降室的长度和宽度（或高度）。
• Q=WHV0=WLus • 沉降室长度： L H V 0
• 缺点：效率80%左右，捕集<5μm颗粒的效率 不高，一般作预除尘用。
27
旋风除尘器的分类及型式
• 旋风除尘器分类 目前国内外常用的旋风除尘器种类很多 ， 按照结构型式及各部尺寸 的比例不 同，可分为 以下几类 :
• ① 基本型旋风除尘器 • ② 螺旋型旋风除尘器 • ③ 蜗旋型除尘器
④ 圆筒型旋风除尘器 • ⑤ 扩散型旋风除尘器 • ⑥ 旁路式旋风除尘器 • ⑦ 平面旋流旋风除尘器 (见图 6-10) • ⑧ 龙卷风旋流除尘器 (见图6-11) • ⑨ 斜置式旋风除尘器 • ⑩ 组合式旋风除尘器 (见图6-12)等。
• C、轴向速度
•
•
c 1 0.172
dp
dp为μm。
• 在其它温度下，Kc值就变化，
Kc
1
6.021104 T dp
7
1.层流式重力沉降室
• 假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中 • 忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用
纵剖面示意图
8

1.层流式重力沉降室
• 沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q
不同粉尘的最高允许气流速度
11
1.层流式重力沉降室
• 多层沉降室：使沉降高度减 少为原来的1/（n+1），其 中n为水平隔板层数
i

us
LW (n Q
1)
• 考虑清灰的问题，一般隔板
数在3以下
多层沉降室
1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔 板
12
2.湍流式重力沉降室
• 湍流模式1－假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气 流方向的每个断面上粒子完全混合
• 宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假定气体流过 dx距离的时间内，边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而 除去
13
2.湍流式重力沉降室
• 粒子在微元内的停留时间
dt dx / v0 dy / us
• 被去除的分数
dN p dy usdx N p H v0H
•
对上式积分得
us
• 沉降室宽度： W Q
HV 0
• Q为处理气流量，m3/s
21
• （3）设计要求
• 1．保证粉尘能沉降，L足够长； • 2．气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间。
L H V 0 us
• （4）设计的主要内容： • 3．能100%沉降的最小粒径
dmin
1
18us min pg
–干式除尘装置
• 按分离原理分类 ： 重力除
惯性除尘
–重力除尘装置（机械尘 式除尘装置）
–惯性力除尘装置（机械式除尘装置） –离心力除尘装置（机械式除尘装置）
湿式除尘
–洗涤式除尘装置 –过滤式除尘装置
袋式除尘
–电除尘装置 –声波除尘装置
电除尘
3
§1 机械除尘器
• 机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗 粒物与气体分离的装置，常用的有：
hc H
us

d
2 p

p
g
18
即
d
2 p

p
g
LWH

H
18 Q
18Q dmin p gWL
由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分 级效率公式的一半作为实际分级效率
dmin
36Q p gWL
10
1.层流式重力沉降室
• 提高沉降室效率的主要途径：
– 降低沉降室内气流速度 – 增加沉降室长度 – 降低沉降室高度 • 沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s

18Hus

g p gL

2
• 根据粒径dp算出
• 1）us；
•
2）初步确定了V0、H ，根据
求长度L。
L HV0
us
• 3）根据进气量Q求宽度w，Q=V0WH.
22
二、惯性除尘器
• 1.惯性除尘器机理 –沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板 上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力 作用，使其与气流分离
作原理，了解其选型和设计；掌握过滤式除尘器的工 作原理，了解其选型和设计；了解除尘系统的选择设 计与除尘器的发展。 • 3、教学难点 • 电除尘器的工作原理，过滤式除尘器的工作原理及设 计。
建议学时数：10～12学时
2
除尘装置概述
• 从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置
–湿式除尘装置
6-13(d)〕和轴流式 [见图 6-13(e)]0 • 轴流式旋风除尘器按气体在旋风除尘器内的流动情况分为 • 轴流反转式 [见图 6-13(f)] • 轴流直流式 [见图 6-13(g)] • 将排出气体中含尘浓度较大部分 (或干净气体)以二次风的
形式再导回旋风除尘器就变成龙卷风旋风除尘器 • 龙卷风旋风除尘器按二次风导人方式分为切流二次风 [见
t L
• 从顶部沉降到灰斗的时间（
V ）0 ，
• 即：
L H
tc

H us
V0
us
18
4.重力沉降室的设计
W us
V0 00 0H
L
L V0 us
W 净气 H
19
4.重力沉降室的设计
•
将
V0

d
2 p

p
g
18
代入 L V0

H ，可求出沉降室能100%捕集的最 us
• 小粒径dmin •
Q
14
2.湍流式重力沉降室
• 湍流模式2－完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全 混合
–单位时间排出：ni v0HW（ni 为除尘器内粒子浓度，均 一）
– 单位时间捕集： ni usHW
–总分级效率
i＝
ni
Hv
niusWL 0W＋niusWL

1
usL / Hv0 usL / Hv0
15
ln
Np


us dx v0 H

ln C
• 边界条件： x 0 N p N p0; x L N p N pL
得
N pL

N p0
exp(
us L v0 H
)
• 因此，其分级除尘效率
i
1 N p,L N p,0
1 exp( us L ) v0 H
1 exp( us LW )
1
dmin
18Hv0 p gL

18Q

g
p
LW
2
• 上式是在理想状况下得到的，实际中常出现反混现象，工
程上常用36代替式中的18，这样理论和实践更接近。室内 的气流速度v0应根据尘粒的密度和粒径确定。一般取0.3— 2m/s。
• 沉降室的设计:
•
1).沉降时间
t L;
17
4.重力沉降室的设计
• 假设通过重力沉降室断面的水平气流的速度V分布是均匀 的，呈层流状态；入口断面上粉尘分布均匀（即每个颗粒 以自己的沉降末端速度沉降，互不影响）；在气流流动方 向上尘粒和气流速度相等，就可得到除尘设计的简单模式。
• （1）沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度
• 尘粒的沉降速度为us，沉降室的长、宽、高分别为L、W、 H，要使沉降速度为us的尘粒在沉降室内全部去除，气流 在沉降室内的停留时间t（ ）应大于或等于尘粒
2.湍流式重力沉降室
•
三种模式的分级效率均可用
( us L )1/ 2 v0 H
归一化
• 对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比
16
3.重力沉降室优缺点
• 重力沉降室的优点 – 结构简单 – 投资少 – 压力损失小（一般为50～100Pa） – 维修管理容易
• 缺点 – 体积大 – 效率低 – 仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和 较重的粒子
23
二、惯性除尘器
• 2.惯性除尘器结构形式 – 冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子
冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型
24
二、惯性除尘器
– 反转式－改变气流方向捕集较细粒子
反转式惯性除尘装置 a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型
25
设备示意图
反转式
弯管惯性除尘 冲击式
3.惯性除尘器应用 一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘 净化效率不高， 一般只用于多级除尘中的一级除尘， 捕集10～20µm以上的粗颗粒 压力损失100～1000Pa
• 重力沉降室
惯性除尘器
旋风除尘器
4
一、重力沉降室
• 重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除 尘装置
• 气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较 重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降
• 层流式和湍流式两种
5
一、重力沉降室
• 层流区：雷诺数Rep≤1，对球形粒子而言：
•
us

d
2 p
p 18
g m / s
• 当介质为空气时ρp>>ρ则有：
us

d
2 p

p
g
18
m / s
•
由上式可见us

d
,2
p
若dp小，则us就小，故小颗粒就难分离。
• 若将雷诺数Rep=1代入，可求出尘粒沉降时的临界粒径dc。
• •
Rep

d puc
1

得 uc d p